一种模拟地磁爆发的生物实验平台

摘要

本发明公开了一种模拟地磁爆发的生物实验平台，其包括主控计算机、信号发生器、金属屏蔽笼、辐射天线；主控计算机通过传输电缆与信号发生器连接，信号发生器通过信号电缆与金属屏蔽笼连接，一根以上的辐射天线设置在金属屏蔽笼内，辐射天线放置方向与地磁场方向一致，金属屏蔽笼为金属网格立方体笼，其上网孔大小为0.25‑4cm2，金属屏蔽笼上部开有门；本发明装置能够精确模拟地磁场电磁波活动，真实再现电磁波的变化过程，可以观察金属屏蔽笼内的实验动物生理指标的变化，研究空间天气事件中地磁活动诱发人体健康事件；该平台是一仿真平台，在该平台上的研究可以免去临床人体观察中的较多不确定性，有利于最直接的科学研究数据获得。

权利要求

1.一种模拟地磁爆发的生物实验平台，其特征在于：包括主控计算机、信号发生器、金属屏蔽笼、辐射天线；主控计算机通过传输电缆与信号发生器连接，信号发生器通过信号电缆与金属屏蔽笼连接，一根以上的辐射天线设置在金属屏蔽笼内，辐射天线放置方向与地磁场方向一致；

所述金属屏蔽笼为金属网格立方体笼，其上网孔大小为0.25-4cm2，金属屏蔽笼上部开有门；

所述信号发生器受主控计算机控制产生50Hz及其以下信号频谱组合。

2.根据权利要求1所述的模拟地磁爆发的生物实验平台，其特征在于：信号发生器电场强的均方根值为0.22-1.12 mV/m，功率为0.013-0.33 pW/cm2。

3.根据权利要求2所述的模拟地磁爆发的生物实验平台，其特征在于：金属屏蔽笼内的信号噪声为10000nT-50000nT。

说明书

一种模拟地磁爆发的生物实验平台

技术领域

[0001] 本发明涉及一种模拟地磁爆发的生物实验平台，适用于生物电磁辐射研究及空间天气-地磁活动-人体健康事件实验领域，特别适用于模拟空间天气事件中地磁爆发的环境状态，进而研究其对生命体的影响。

背景技术

[0002] 各种天然物理场自地球诞生之日起就存在，生命自诞生后即生活在各种物理场（引力、电、磁等）的作用范围内，生物圈中的物理环境变化起着人类健康潜在的重要影响。

[0003] 人体磁场是在地球磁场这一个大背景下产生、维持的。这2个磁场之间必定存在着相互作用。地球上的生命诞生在遥远的古生代，当时地球上存在着非常强大的地磁气能量，该能量以大约10Hz的超低频电磁波形式存在，由于这个电磁波的能量把原始的有机分子集中起来才导致了生命的诞生：蛋白质就是一个典型。因此，这些由此产生的化学物质构造体都与大约10Hz的超低频波产生共振，在这个基础上进化产生的生命也都显示出了对这个超低频波的反应。

[0004] 地球和电离层可以构成一个谐振腔体，腔体中存在一个特殊的谐振频率，这一频率主要由地球的尺寸决定，并由全球的闪电放电激发这个“生命的源动力”的超低频电磁波作为地磁场中固有的波段一直延续保存至今，1952年舒曼(Schumann)发现了该现象的存在，称为“舒曼共振(Schumann Resonance)”其一共有A、B、C、D、E五个波峰，其中基频在7.8Hz左右，其余的波峰分别在：14、20、26、33Hz（图3）。

[0005] 之后，日本京都大学的荻野博士发现，“舒曼共振”的这5个高峰形式恰好进和人脑的脑波频率相重合。脑波根据频率可分为：δ波、θ波、α波、β1波以及β2波。这两个共振的奇妙吻合证明了——地球固有的波动和生命的波动存在一致性！但同时这一发现从另一方面说明：如果生命体所处的环境发生了与地磁场电磁波发生了异常，将潜在地给生命体带来不良的影响。

[0006] 剧烈太阳爆发和CME（Coronal Mass Ejections，日冕物质抛射）是空间灾害天气的驱动源，也是直接影响近地空间环境变化最重要的因素。而地空关系-太阳活动-空间天气变化是诱发地球物理环境尤其是地磁场-电离层变化的主要因素。

[0007] 从上世纪60年代开始国外科学界开始注意到太阳活动诱发的空间天气事件对人类的健康可能有潜在影响，其代表有Friedman 等人于1963年、1965年以及B.J. Lipa等人于1976年在《Nature》上多篇文章，通过比对在空间天气事件中典型的地磁爆发事件当日、随后几日内心脑梗、精神类疾病医院日收治人数相对于地磁宁静期的变化情况，就发现了在地磁活动期间上述疾病的日平均收治率较之于地磁宁静期有明显上升。

[0008] 从那时候开始国外对空间天气变化导致的心血管事件的已经开展了多年的研究：现在集中发现受到影响的人体健康指标主要体现在心血管事件方面。

[0009] E. Stoupel • J.等人于1995-1997年研究了太阳质子数流量、2800MHz波段流量与心梗、脑卒中之间的关系，得出2800MHz太阳射电流量变化与心血管疾病的正相关性最高 (0.56， P<0.001) ；S. Dimitrova等人与2009年通过监测86名健康志愿者在地磁活动当天及前后三天内的血压变化，得出结论：极强地磁活动前一天人体舒张压和收缩压都有明显的改变，为心血管疾病带来了隐患；2010年Ch. Katsavriasp等人发现：ST及NST段抬高的急性冠状动脉综合症的月发病率均与CME和耀斑（flare）有很强的正相关性最高可达（0.84，p<0.001）。

[0010] 另外一些研究也证实，当太阳活动致地磁明显变化时，人体正常生物节律即受到影响，机体将产生应激反应以适应新的环境。同时，心血管的相关指标将会发生变化，如血压升高，心率增快，心律失常、心衰的发病率增加等，该假设已被国外动物实验所证实。

[0011] 国内也有少量相关科学研究成果，1995年曾治权等人通过比对太阳活动多种指标参数，包括2800MHz太阳活动流量，太阳耀斑数，太阳黑子相对数与冠心病、脑卒中之间关系，其中2800MHz太阳射电流量变化与两种疾病发病率的正相关性最高（相关度达到0.618和0.591）。

[0012] Juraj Gmitrov等人与2007年对兔子进行了动、静两种电磁场的照射实验，其中动态的交变磁场实验完全模仿了地磁暴环境，他们的实验结果证实在地磁暴环境下，实验兔的微循环和动脉压力反射敏感性均发生降低的现象，这是心血管事件发生的主要的前兆表现。为此有人推测：地磁场的变化带动生物体内在磁场的变化，影响了动物体内亲疏水基团的相互作用，改变金属离子的电离程度，使游离OH-和H2O2的比例变化，使神经内分泌体系受影响，血压心率改变，血液的粘性和凝固性受到影响，导致心血管疾病在内的一系列疾病的发生、发展。从目前的数据分析来看太阳活动-地磁活动-人体健康之间的关系如图2所示；

[0013] 太阳剧烈活动和日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection，CME)现象是导致地磁变化直接因素，研究这种因素与人体健康的关系，尤其是研究其对心血管疾病发病的影响：临床特征和转归，为健康预报和诊断治疗提供依据，已经成为全球共同关心的一个重大课题，对国民经济发展、国家安全和人类生活具有重要的实用意义。

[0014] 为此有两个重要问题摆在我们的面前：1、地磁变化时人体内的水平如何变化，是否可以通过模拟在地磁场异常来观测相应动物体内指标的变化？2、如何采取有效的预警手段来预防这种事件的发生？

[0015] 目前国际上主要采用的办法是：宇宙线流量的福布希下降观测预警。宇宙线的福布希下降（cosmic ray Forbush Decrease，简称 FD）现象空间天气事件中的一种典型事件，它是由于太阳活动中巨型耀斑将日冕物质抛射到近日地空间中，对宇宙线产生了遮挡而观测到的宇宙线流量下降，通过监测宇宙线的变化可以获知日地空间中等离子体密度变化，进而推测地磁活动发生时间。

[0016] 为此Dorman， L.I等人通过观察FD现象和心血管事件之间的变化关系获得了地磁场变化时刻与心梗，脑卒中发病率上升时间先后顺序：一般情况下FD现象发生于心脑梗事件前15-20小时内，这就为采用FD现象预警该类事件提供了理论依据。

发明内容

[0017] 本发明目的在于提供一种模拟地磁爆发的生物实验平台，其包括主控计算机、信号发生器、金属屏蔽笼、辐射天线；主控计算机通过传输电缆与信号发生器连接，信号发生器通过信号电缆与金属屏蔽笼连接，一根以上辐射天线设置在金属屏蔽笼内，辐射天线放置方向与地磁场方向一致；

[0018] 其中所述金属屏蔽笼为金属网格立方体笼，其上网孔大小为0.25-4cm2，金属屏蔽笼顶端开有门，用于放置实验动物和用于辐射天线的接入。

[0019] 所述信号发生器受主控计算机控制能够产生50Hz及其以下任意信号频谱组合，特别是模拟空间中舒曼波情况及地磁爆发时的电磁辐射情况。

[0020] 所述辐射天线为赫姆霍兹天线。

[0021] 在本发明模拟地磁爆发的生物实验平台上通过模拟地磁爆发时电磁辐射情况，监测在金属屏蔽笼内实验动物大鼠各种生理特征的变化，从而给出地磁活动与人体健康间的相关性，对有可能会对人体健康带来影响的磁场异常给出有效的预警。

[0022] 本发明装置通过信号源（信号发生器）+辐射天线向金属屏蔽笼内的大鼠辐射电磁波，辐射信号频谱及其强度结构如下所示：

[0023] 根据Balser, Wagner及König于1960年记录的舒曼波的情况，其主要电场强的均方根值为：0.6 mV/m-1mV/m.，范围大约在0.22-1.12 mV/m，功率范围大约在：0.013-0.33 pW/cm2 。

[0024] 本发明中信号发生器采用NI公司生产的含有C-RIO可编程信号发生模块的发生器，在程序中构建舒曼谐振的五个主要频率成分，程序的调整由主控计算机控制；为了避免地磁场及其他电磁场带来的干扰，本发明装置使用时整个系统均放置于微波屏蔽室内，且天线方向为南北向与地磁场一致，信号噪声大约为10000nT-50000nT。

[0025] 本发明装置的优点和技术效果：该平台具有结构简单、操作方便的优点，本发明装置能够精确模拟地磁场电磁波活动，真实再现电磁波的变化过程，可以观察屏蔽笼内的实验动物大鼠生理指标的变化，研究空间天气事件中地磁活动诱发人体健康事件；该平台是一仿真平台，在该平台上的研究可以免去临床人体观察中的较多不确定性，有利于最直接的科学研究数据获得。

附图说明

[0026] 图1为本发明装置结构示意图；

[0027] 图2为本发明太阳活动-地球磁场-人体健康之间的关系图；

[0028] 图3为本发明典型的舒曼波频谱图；

[0029] 图中：1-金属屏蔽笼；2-辐射天线；3-信号发生器；4-主控计算机；5为门。

具体实施方式

[0030] 下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。

[0031] 实施例1：如图1所示，本模拟地磁爆发的生物实验平台包括主控计算机4、信号发生器3、金属屏蔽笼1、辐射天线2；主控计算机4通过传输电缆与信号发生器3连接，信号发生器3通过信号电缆与金属屏蔽笼1连接，辐射天线2设置在金属屏蔽笼1内，辐射天线放置方2
向与地磁场方向一致；金属屏蔽笼为金属网格立方体笼，其上网孔大小为0.25cm ，金属屏蔽笼顶端开有门5，用于放置实验鼠和用于辐射天线的接入，金属屏蔽笼尺寸为150cm×150 cm×90 cm；

[0032] 其中信号产生器受主控计算机控制能够产生50Hz及其以下任意信号频谱组合，特别是模拟空间中舒曼波情况及地磁爆发时的电磁辐射情况；信号发生器电场强的均方根值为0.22-1.12 mV/m，功率为0.013-0.33 pW/cm2， 同时确保整个测试系统屏蔽笼内的信号噪声为10000nT-50000nT。

[0033] 由于信号可编程，在主控计算机中模拟地磁暴中舒曼谐振受到影响的情况，主要方法是：根据编程调整各个频率成分的强弱、有无、偏离等参数，同时用场强仪测量定标，使之符合地磁场宁静及爆发的情况，具体参考表1。

[0034] 表1 地磁活动不同指数对照表

[0035] 。

[0036] 在动物实验中我们选取大鼠作为实验对象，入组及分组标准为：

[0037] 1、5-7月雄性大鼠，体重在180-250克左右；适应性喂养一周后，喂食高脂饲料(用4%胆固醇、10%猪油、5%白糖、0.5%胆酸钠、0.2%丙基硫氧嘧啶和80.3%基础饲料)饲养12周建立冠脉粥样硬化模型，12周后在光镜或电镜下观察随机选出大鼠的心肌冠脉分支，以产生斑块为评价是否具有剂型冠脉综合症的标准；

[0038] 2、分为两组：模拟磁场照射组和开放空间对照组，每组30只大鼠；

[0039] 3、模拟磁场照射组：将大鼠放入本发明生物实验平台中的金属屏蔽笼1内，调整信号发生器3输出幅值，分为宁静、爆发、强爆发三个层次，用场强仪定标；连续照射0.1天、1天、2天、3天、一周后测试大鼠各项生理指标，包括：血小板活化率、凝血酶原时间、国际标准化比值、活化部分凝血活酶时间、纤维蛋白原、血浆粘度、全血粘度:低切、全血粘度:高切、血沉、红细胞聚集性、红细胞压积等项指标。

[0040] 4、 对于开放空间对照组大鼠，在地磁宁静时对大鼠的生理指标进行采集，包括：血小板活化率、凝血酶原时间、国际标准化比值、活化部分凝血活酶时间、纤维蛋白原、血浆粘度、全血粘度:低切、全血粘度:高切、血沉、红细胞聚集性、红细胞压积等项指标；

[0041] 5、取大鼠在模拟地磁宁静期期间的冠脉分支观察粥样斑块情况，对比测量仿真不同地磁爆发信号辐射实验组大鼠的斑块，分析斑块稳定情况。

[0042] 对比上述不同辐射条件下，各项生理指标的变化。

[0043] 在无地磁活动时期较之于开放空间中的大鼠，模拟磁场照射组的大鼠的，凝血酶原时间及活化部分凝血活酶时间将减少，其余指标如血小板活化率、纤维蛋白原、血浆粘度、全血粘度:低切、全血粘度:高切、血沉、红细胞聚集性、红细胞压积等将明显上升。